JPS61192842A - セラミツク重合エンジン - Google Patents

セラミツク重合エンジン

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JPS61192842A
JPS61192842A JP3341085A JP3341085A JPS61192842A JP S61192842 A JPS61192842 A JP S61192842A JP 3341085 A JP3341085 A JP 3341085A JP 3341085 A JP3341085 A JP 3341085A JP S61192842 A JPS61192842 A JP S61192842A
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JP
Japan
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ceramic
engine
cylinder block
cylinder
piston
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Pending
Application number
JP3341085A
Other languages
English (en)
Inventor
Eizo Takahashi
英三 高橋
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FBS Miyama Co Ltd
Original Assignee
Miyama Kogyo Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Miyama Kogyo Co Ltd filed Critical Miyama Kogyo Co Ltd
Priority to JP3341085A priority Critical patent/JPS61192842A/ja
Publication of JPS61192842A publication Critical patent/JPS61192842A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/02Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08Ceramics; Oxides

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、エンジンの燃焼室を構成するシリンダヘッド
、シリンダブロックおよびピストンに構造的に断熱性、
耐熱性を付加させ友技術に関する。
(従来の技術) 従来、レシプロピストンエンジンの燃焼室を形成するシ
リンダヘッド及びシリンダブロックの材質は主に鋳鉄で
あり、ピストンの材質は主にアルミ合金または鋳鉄であ
る。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、特に車両用エンジンにおいては、小型で出力
が高く燃費性に優れたエンジンの開発が強く望まれてい
る。エンジン出力を高めるには、高圧縮・高温度の条件
下で燃料を効率良く燃焼させればよいが、燃焼室を形成
する上記エンジン部品は主として鋳鉄またはアルミ合金
より構成されるため、燃焼室が900℃以上の場合には
耐え難いとともに、断熱性が小さく冷却損失が大きい。
また、軽量化による燃費向上を図るため、シリンダヘッ
ド、シリンダブロックおよびピストンをすべてアルミ合
金製とした場合、アルミ合金系材料は鉄系材料と比べ熱
膨張係数が約2倍もあることから、ボア周りの構成部品
としては寸法安定性で劣り、耐摩耗性も小さい。他方、
エンジン全体をファインセラミック材料で製作する試み
が種々検討されているが、高度に精選された粉末原料を
使わなければならない、゛造成に多量の熱エネルギーを
要する、ダイヤモンド砥石による表面仕上げ加工が必要
になるなどの問題を有し、未だ安価に量産化できる実用
段階に達していない。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、小を、@童、高出力化、燃費向上tX現する量産
可能なセラミック重合エンジンを提供することにある。
(問題点ft解決するための手段) このため本発明の技術的な構成は、エンジンの燃焼室を
構成するシリンダヘッド内面とシリンダブロックのボア
内面とピストン外面とにセラミック被積層が重合されて
いることを特徴とする。本発明を適用できるエンジンは
、ガソリンエンジンでもディーゼルエンジンでもよい。
この場合、シリンダブロック等の材質は鋳鉄でも軽合金
でもよい。
本発明においてセラミックを上記エンジン部品に板積さ
せるには、ダイヤモンド砥石による表面仕上げをなくす
九め、周知の射出成形法を採用するものとする。鋳鉄製
のエンジン部品であれば、該エンジン部品をアクトサー
トとじて射出成形法によりその表面にセラミックを積層
させたのち焼成することも技術的に全く不可能ではない
が、本発明では主としてセラミック被覆層体のみを独立
に射出成形またはプレス成形し焼成して製作し、得られ
たセラミツク41覆層体をシリンダブロックのボア部、
ピストンの頂部側に密に嵌合させて一体化し、必要によ
りネジ止めを行うものとする。この嵌合方式では、上記
エンジン部品が鋳鉄製であるか、帳合金製であるかを問
わず適用できる。
セラミックの射出成形に際しては、セラミック粉体をポ
リビニルアルコール、カルボキシメチル、エチルセルロ
ース、ワックス等の適当な有機バインダーで熱可塑化し
て射出成形し、得られた成形物を焼成すればよい。つま
り、成形と焼結とは別工程で行うものとする。
シリカ、コージエライト、窒化アルミ、ジルコニア、サ
イアロンなどが挙げられる。
(作用) このように、燃焼室の壁体となる各面をセラミックで覆
えば、セラミックは耐熱性および断熱性を有するため、
1200℃以上の高い燃焼ガス温度にも十分耐え正味燃
焼効率を向上させることができるとともに一1冷却系統
を縮少ないし廃止させることができる。冷却系統すなわ
ち2ジエータ、冷却水ポンプ及び冷却ファンの縮少ない
し廃止によりその分だけ重量が減少する。
特に多気筒エンジンの場合は、ウォータジャフットの縮
少ないし廃止により各シリンダボア間のピンチが小さく
なり、シリンダブロック全体としての小型、軽量化がよ
り促進され、このことは大幅な燃費節減に寄与しうるも
のとなる。
また、燃焼室温度が高く保すれることから、排ガス温度
も高くなる。したがって、ターボチャージャ付きエンジ
ン等ではこれに応じてエンジン全体としての熱効率が上
り、−Wlの出力アップが可能となる。シリンダボアの
摺動面に形成し九セラミック被債層にフッ化バリウム等
の固4年潤滑材を埋設すれば、前記摺動面への潤滑油を
なくすことができ、オイルパンが不要となる。
セラミック材料は、硬くて耐摩耗性に優れているため、
シリンダ華耗の問題が解消され、また、金属材料のよう
にピストンが焼き付くことはない。セラミック重合体の
焼成に要する熱エネルギー量は、従来のオールセラミッ
ク製のものに比べ非常に少なくて済み、大幅なコスト低
   □減が可能となる。セラミック重合体は射出成形
で裏作すれば表面が平滑になり、機械加工が不要となる
(実施例) 以下に本考案の一実施例を図によって説明する。本実施
例は車両用多気筒ピストンエンジンに適用したものであ
る、第1図において、1はクランククース2の上に配役
さf’L7’(アルミ合金製シリンダブロックで、その
ボア内面には第一2図にも示すようにアルミナ系のセラ
ミック被積層3が形成されている。シリンダブロック1
のボア内面には、第3図に示すように、周方向に間隔を
あけて複数の縦溝4が形成され、ていてもよい。シリン
ダブクック1にはクォータジャケットは設けられておら
ず、このため各気筒間のピッチは極小に設定され、シリ
ンダブクック1の全長が短縮化している。シリンダブロ
ック1内に摺動自在に嵌挿し元アルミ合金製ピストン5
には圧縮リング6が2本だけ外装され、ピストン5の外
周面および上面にはアルミナ系のセラミック被覆層7が
形成されている。シリンダブクック1の上にはアルミ合
金製シリンダヘッド8が配設され、シリンダヘッド8の
燃焼室9に臨む内面には、アルミナ系のセラミック被覆
層10が形成されている。このシリンダヘッド8は、シ
リンダブクック1と一体に鋳造してもよい。その他、第
1図の符号10は排気孔内側に被覆し九セラミック層、
符号11は点火プラグ、符号12はセラミック製エキゾ
ーストパルプである。
なお、シリンダブロック1のボア内面に形成したセラミ
ック被覆層3には公知の固体潤滑材(図示せず)が埋設
されている。このため潤滑系統が廃止され、オイルパン
を有しない小型軽量化したエンジン構造となっている。
ここで、シリンダブロック1、ピストン5およびシリン
ダヘッド80当該箇所に上記セラミック被覆層3.7お
よび10をそれぞれ形成する場合について述べると、本
実施例では、上記アルミ合金製のエンジン部材L5,8
とは別途にアルミナ系セラミック被覆層λ7,10を所
定の寸法・形状に作製して、こ11をエンジン部材りへ
8に密に嵌め込ませて一体化させたものである。セラミ
ック被覆層λ7.lOの作製に際しては、アルミナ系セ
ラミック粉末に、熱可塑性樹脂を主改分とする有機バイ
ンダーを溶融混練して熱可塑性を付与した後、この混練
物を金型内に射出成形し、得られた成形品を配合合成樹
脂の分解温度まで加熱して脱脂し、ついで当該アルミナ
系セラミックの焼結温度で所定の時間だけ焼成すればよ
い。射出成形法によるセラミック被覆層37.10の表
面は非常に平滑なものになる。し九がって、セラミック
被覆層3,7.10は、それ自身が一種の固体潤滑性を
有することとも相まって、表面仕上げ加工を施さなくと
も、摺動部材として十分機能しうるものとなる。
なお、セラミック被覆層3,7.10はプレス成形法に
て作製した後、エンジン部材L&8に密に一体嵌合させ
ることも可能である。
かかる構成からなるセラミック重合エンジンは、燃焼室
9を形成する各部位の耐熱強度および断熱効果が格段に
向上しているので、冷却損失を減少させ燃焼温度を高め
エンジン出力を大きくさせることができる。!!た、冷
却系統および潤滑油系統を縮少ないし不要にしたことに
より、ラジェータ、冷迎水ポンプ、冷却ファンおよび潤
滑油ポンプ、オイルパンが縮少ないし不要になった分だ
け、エンジン及びその付属装置の1董が減少しかつコン
パクト化している。エンジン不休としてはアルミ合金製
であるtめ放熱性が良い。父、セラミック被覆層3,7
には摩耗が生ずることもない。
本発明のセラミック重合エンジンは上記実施例に限定さ
れず、シリンダブロックのボア部にシリンダヘッドを組
み付けたタイプのものにも適用でき、この場合にはシリ
ンダライチ内面にセラミックを重合被覆させればよい。
実施例では、ピストンには外周面と頂面にセラミックを
411!覆したが、ピストンの頂面側のみにセラミック
を被徨することも考えられる。
(発明の効果) 以上詳細に説明しtように本発明によれば、燃焼室に臨
む各構成部分の表面をセラミックでamすることにより
、燃焼室の耐熱性および断熱性を高めたから、冷却系が
縮少ないし不要になり熱効率が向上し高出力が期待でき
るとともに、エンジン全体としての小型・軽量化が進み
燃費を大幅に節減でき、従来のようにピストンが焼付く
こともなく、シリンダボア面の耐摩耗性も向上する。本
発明のセラミック重合エンジンは従来のオールセラミッ
ク製エンジン益比較して、焼成時に消費される熱エネル
ギーが格段に少なく済み、かつダイヤモンド砥石による
表面仕上げ加工が不要となるので、安価に量産化でき非
常に実用的であり、その波及効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わるセラミック重合エンジンを示す
縦断面図、第2図は第1図のロー■線に白った横断面図
、第3図はシリンダブロックボア部の変形例を示す横断
面図である。 l・・・シリンダブロック 3、7.10・・・セラミック被積層 5・・・ピスト/ 8・・・シリンダヘッド。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃焼室に臨むシリンダヘッドの内面とシリンダブロック
    のボア内面とピストンの外表面とにセラミックが被覆さ
    れてなることを、特徴とするセラミック重合エンジン。
JP3341085A 1985-02-21 1985-02-21 セラミツク重合エンジン Pending JPS61192842A (ja)

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